a fonal- és cérnagyártás energiafelhasználásának...

MŰSZAKI FEJLESZTÉS

2 MAGYAR TEXTILTECHNIKA LXVII. ÉVF. 2015/4

A fonal- és cérnagyártás energiafelhasználásának csökkentése

Szabó Lóránt Szabó Rudolf [email protected] [email protected]

Kulcsszavak/Keywords: Energiacsökkentés, fonástechnológia, gépek hajtása Energy saving, spinning technology, machine driving

Összefoglalás

Az Európai Unió az energiafel-használás és a szén-dioxid kibocsá-tás csökkentésében elkötelezett, ezekre kiemelt figyelmet fordít. Az EURATEX támogatásával egy kuta-

tási és energia-csökkentési projek-tet hoztak létre az európai textilipa-ri vállalatok ésszerűbb energia-hasznosítására. Az energiacsökkentési program jelsza-va: Energy Made-to-Measure, vagyis Méretre Szabott Energia, ami a termelést és energiafogyasztást elemezve

a fajlagos energiafelhasználás csökkentésére törekszik. Az energiacsökkentési projektbe első lépésben 7 európai ország 50 textiles vállalata között a TMTE és 7 hazai textiles vállalat is bekapcsolódott. A SET (Save Energy

in Textile SMEs – Energiamegtakarítás a textilipari KKV-knál) munka során a textiltechnológiákra szerkesztett ún. SET (Energy Saving and Efficiency Tool – Energia-csökkentési és hatékonysági eszköz) táblázatban a vál-lalatok termelési és energiafogyasztási adatai elemezhe-tők és az adatbankban levő hasonló profilú vállalati energiaadatokkal összehasonlíthatók. Ez a tanulmány a lineáris textiltermékek (fonlak, cérnák) gyártása során mutat példákat az energiafelhasználás csökkentésének lehetőségeire, a textilgép gépgyártók által kialakított megoldásokra.

Bevezetés

Az energia az emberi lét alapvető szükséglete, ami a technikai fejlődés kulcsfontosságú velejárója. Az utóbbi két évszázadban az energiafelhasználás növeke-dése döntő fontosságú volt a technika gyors fejlődésé-ben, a Föld népességének gyors ütemű növekedésében, az életszínvonal emelkedésében. A múlt század végéig az energia alapvetően a fosszilis energiahordozók (szén, olaj, földgáz) elégetéséből származott. A fosszilis ener-giahordozók mennyisége azonban véges, a kitermelési költségük növekszik, így az energia ára a gazdasági és

politika helyzettől függően változhat ugyan, de tenden-ciájában növekszik.

A fosszilis energiahordozók nagy mennyiségű elége-tése során keletkező, többségében „üvegház hatású”

szén-dioxid gáz (CO₂) a Föld lég-

körébe jutva a klímaviszonyokra

káros hatású (felmelegedés). A földi élővilág, a növényzet növe-kedésében a szén-

dioxid a fotoszintézisben ugyan döntő fontosságú, azonban a túl-zott mennyiségű CO₂ kibocsátás és a zöld vegetáció (esőerdők) terüle-tének csökkenése miatt a klíma egyensúlya felborult, a légkör CO₂ koncentrációja és a földi légkör

hőmérséklete tendenciájában – különösen az utóbbi fél évszázad-

ban – progresszívan növekvő (1. ábra). A fentiek miatt az energiafelhasználás ésszerűsíté-

sén (a fajlagos energiafelhasználás csökkentésén) túl-menően más, CO₂ füstgázmentes energiaforrások hasz-

nálata is szükségessé válik. Fél évszázada az atomener-gia olcsó energiaforrásnak számít ugyan, de időközben a veszélyei is ismertté váltak. Emiatt az utóbbi évtize-dekben az ún. megújuló energiák használata került a fejlesztések középpontjába, a jövő energiaellátásában gyors aránynövekedésre számíthatnak.

A technika fejlődésével, a gazdasági aktivitás növe-kedésével a fajlagos energiacsökkentés ellenére is nő az energiafelhasználás, azonban a növekedés mértékét csökkenteni kell (2. ábra). Emiatt új, energiatudatos gondolkozás, új technikai megoldások kialakítása válik szükségessé, ami a műszaki fejlesztők számára nagy kihívást jelent. A kimagaslóan magas mechanikai köve-telmények kielégítése új, könnyű szerkezeti anyagokat (pl. kompozitokat) és technológiákat igényel, új hajtási megoldások (hidrogén-, elektromos-), energiatárolási megoldások bevezetése és energiatudatos felhasználói magatartás kialakítása válik szükségessé.

Az energiafelhasználás csökkentése a textil-iparban is szükségszerű törekvés. A technológiai fo-lyamatok elemzésével, javításával, intézkedések fogana-tosításával jelentős eredmények érhetők el. A textilipar

különösen energiaigényes ágazat, egyebek között a nagy-számú gyorsan forgó orsók ballon-légellenállása, a szé-leskörűen alkalmazott légtechnika (sűrített levegő, vá-kuum), a magas relatív légnedvesség (55–70%) technoló-giai zónában való fenntartása és a keletkező nagymérvű

por-, pihe- és olajszennyeződés szellőztetéssel való csök-kentése miatt. A fenti elvárások, szempontok a textilgé-pek fejlesztésében is előterébe kerültek, számos ésszerű megoldást dolgoztak ki. Ezek az energiacsökkentési meg-oldások az új üzemek kialakí-tásánál, beruhá-zásoknál, de a meglevő beren-dezések üzemel-tetésénél is szá-mos területre adaptálhatók.

1. ábra

2. ábra

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


MAGYAR TEXTILTECHNIKA LXVII. ÉVF. 2015/4 3

Textilgépek hajtása

A textilgépek teljesítménye az utóbbi évtizedekben számottevően növekedett. A teljesítmények, a fordulat-számok növelésével a gépek hajtására fordított elektromosenergia-felhasználás is növekszik (3. ábra) [7].

Korábban a textilgépeket egy központi motorról, többnyire ék- vagy laposszíjjal hajtották. Laposszíjjal sok elem egyidejű hajtása (pl. orsók) viszonylag egysze-rűen megvalósítható, de a laposszíj energiavesztesége a legnagyobb. Újabban energiatakarékossági szempontból a fogazott szíjhajtást ajánlják (4. ábra) [3].

A szíjhajtások, a hajtóművek energiavesztesége je-lentős (5–15%). A szíjak vezetése, feszessége döntő ha-tású a teljesítmény átvitelre, emiatt ezek beállítását rendszeresen ellenőrizni és az előírásoknak megfelelően kell beállítani. Turbinás (OE) fonógépen a turbinák tengelyét nagy gyorsító áttételű dörzstárcsákkal forgat-ják, amelyeket a központi hajtómotorról laposszíjjal hajtanak. A laposszíjnak a hajtótárcsára való rányomá-sát 15%-kal csökkentve 10%-os energiacsökkentés ér-

hető el (5. ábra) [4].

A gépek termelési sebességét sok esetben célszerű az aktuális terméknek megfelelően optimálisan megvá-lasztani, ami az új elektronikus vezérlésű elektromoto-ros hajtással programozhatóan menet közben is változ-

tatható. A korszerű elektronikus vezérlésű elektromos

hajtásokkal a technológiai és gyártási körülmények elérésén túlmenően az energiafelhasználás is csökkent-hető (6. ábra) [7].

A legújabb textilgépeken egyre gyakoribb a rész-egységek, orsók külön-külön elektronikusan vezérelt, közvetlenül a tengelyre szerelt motorral törtnő hajtása. A külön motorhajtású szerkezetek működési összhang-ját elektronikusan szinkronizálják. A szerkezetek egyedi motorhajtásával az energia- és a zajcsökkentésen túl-menően a technológiai igényeknek legmegfelelőbb moz-gásösszhang megvalósításával a termék minőségjavulá-sa is elérhető.

Energiacsökkentési lehetőségek a fonástechnológiában

A korábbi évtizedek textilipari fejlesztéseit, a nem-zetközi textilgép-kiállításokon (ITMA) bemutatott beren-dezések technológiai újdonságait a teljesítménynövelés jellemezte. Az elmúlt tíz év textiltechnológiai fejlesztése-iben az energiacsökkentés, a fenntartható fejlődés ke-rült előtérbe.

A rövid szálak fonástechnológiájában alkalmazott bontó- és kártolóüzemi géplépcsők költségmegoszlását a Trütschler cég vizsgálatai alapján a 7. ábra szemlélteti, amelyből kitűnik a nagy energiaköltség-hányad (22%) [3].

3. ábra

4. ábra

5. ábra

6. ábra

7. ábra



Az energiacsökkentéshez elengedhetetlen a techno-lógiai folyamat, a veszteségek elemzése, megfelelő intéz-kedések foganatosítása. Ismert a mondás: „Csak az, ami mérhető, számszerűsíthető, csak az csökkenthető.” A

Trütschler kártológépek fejlesztésével a fajlagos szívó-

teljesítmény csökkenését (kW/kg) a 8. ábra szemlélteti [3].

A Zinser előfonógépen a szívás vákuumnyomásá-

nak vezérlésével, azt csak a tisztítási szakaszban mű-ködtetve, jelentős (akár 65%-os) energiacsökkentés is

elérhető (9. ábra). Gyűrűsfonás-

nál a nagysebessé-gű ballon és a sző-rös csévetest felü-lete okozta légel-lenállás döntő ha-tású az energiafel-

használására. Denkendorfi vizs-gálatok a cséve növekedése közbeni (a cséve kezdési és telt cséve szakaszá-

ban) a súrlódás, a ballon okozta és a csévetest felületére ható légellenállást, valamint az összesített energiaigényt elemezték (10. ábra). A tele cséve nagyobb energiaigényét döntően a gyorsan forgó, megnövekedett csévefelületre ható légellenállás okozza [6].

A gyűrűsfonógépen az orsó fordulatszáma döntő hatású a termelésre és az energiafogyasztásra. Az elér-hető teljesítmény, a fonalfinomság, a gyűrűátmérő, a futósebesség és a futó tömege a gazdaságos gyártással szorosan összefügg (11. ábra) [5].

A turbinás (OE) fonógépen a fonóturbina átmérője

és az energiafelhasználás közötti összefüggést a 12. ábra szemlélteti.

A végfonási technológia kiválasztása energiafel-használási szempontból is döntő hatású a gazdaságos gyártásra nézve. A gyűrűs- és turbinás fonástechnológia esetén az energiafogyasztást három különböző termékre a 13. ábra szemlélteti.

A fonalgyártási költségek – ezen belül az energia-költség is – a fonalfinomságtól és a végfonási technoló-giától függően változó. Emiatt a fonaltulajdonságoktól és a hatékonyságtól függően a technológiát, azon belül a gépspecifikációt (a méreteket, paramétereket) nagy kö-rültekintéssel kell megválasztani. Kevert fonalak (pl. 50/50% viszkóz/pamut) gyártási költség-összetevőinek alakulása (alapanyag nélkül) a finomságtól és végfonási

technológiától függően különböző fonalfinomságok ese-

8. ábra

9. ábra

10. ábra

11. ábra

12. ábra

13. ábra

14. ábra



tén a 14. ábrán látható. A font fonalak gyártása tőke- és energiaigényes

művelet. A különböző országokban az energia-, az

anyag- és bérköltségek nagy eltérést mutatnak, emiatt a fonalgyártás a gazdaságos gyártási körülményeket biz-tosító térségekbe helyeződik át. 1 kg Ne 20-as (Nm 34) OE pamutfonal gyártási költség-komponenseit különbö-

ző országokban a 15. ábra szemlélteti. Az alapanyag költsége döntő hányad ugyan, de az energia ára is meg-határozó, ami a különböző országban nagyon eltérő. Meglepő, hogy a gyártási költség Kínában a legnagyobb, míg az alacsony energiaárnak is köszönhetően az USA-ban a legkisebb [1].

A fonalgyártási költségek miatt az elmúlt évek gaz-dasági krízise ellenére az USA-ban a fonodák száma és az ekvivalens orsószám egyaránt növekedett (16. ábra), amihez nagyban hozzájárultak Kína beruházásai az USA fonodáiban.

Az USA alacsony elektromosenergia-árával magya-rázható a német SGL szénszál gyártó cég stratégiája is.

A Japánban vásárolt PAN prekurzor (Mitsubishi) szene-

sítése nagy energiaigényű, emiatt az USA-ban a Colora-do vízesésnél létesített üzemben vízerőműből származó, olcsó „megújuló” árammal (0,03 US$/kWh) karbonizál-ja, míg a BMW i3 és i8 szénszálas kompozit karosszériá-jú elektromos és hibrid autótípusokhoz a textil- és kompozit gyártását Németországban végzik.

A Rieter a fonógép hűtésével, a gép hajtására fordí-

tott elektromos energia 20%-át (10 kW) kivezetve a te-remből, a klimatizálási energia csökkenthető. A terem 1 kWh energiaterhelése 0,08 $ klimatizálási költségnöve-kedést okoz. Az 50 kW hajtóteljesítményű gépen 10 kW klímaterhelés-csökkentés esetén évenként 6400 US$ klimatizálási költség megtakarítás érhető el (17. ábra).

A Rieter gyűrűsfonógépen a nyújtómű kilépő olda-lán az elszívás csak a fonalszakadási periódusban in-tenzív, míg a zavartalan működési szakaszban, egy könnyű műanyagfedéllel a szívóteljesítményt lecsök-kentve, a vákuum-teljesítmény jelentősen csökkenthető (lásd a szívóhatás szimulációt a 18. ábrán) [2].

A fonógépeken a szívás (szálfolyam-tömörítés a nyújtóműben, elszakadt szalag elszívása) a technológia fontos része, ami viszont nagy energia-igényű. A vá-kuum-rendszerbe beépített szűrő automatikus tisztítá-sával ill. az eltömődés érzékelésével, a szűrő időbeni cserélésével az energiaveszteségek mérsékelhetők (19. ábra).

15. ábra

18. ábra

19. ábra

20. ábra

16. ábra

17. ábra



A rotor korszerű csapágyazásnak és kenéstechno-lógiájának köszönhetően a hajtóenergia 6%-kal csök-kenthető. Az ugyanazon technológiájú, de különböző cégek által gyártott gépek energiaigénye is eltérő (20. ábra).

Keresztcsévélés

A csévélődob korábbi csoportos laposszíj- és dörzs-hajtását egyedi vezérelt hajtású motorok váltották fel, ami a nagy technológiai rugalmasság megvalósításához is elengedhetetlen. A fonalvégeket szívókarokkal keresik meg és illesztik össze, így az előírt minimális vákuum-nyomás szabályozásával az energiafelhasználás jelentő-sen csökkenthető (21. ábra).

Ugyancsak jelentős mennyiségű sűrített levegő szükséges az összefonásos (splicer) fonalvég-egyesítéshez és a vándortisztítóhoz is.

Cérnázás

Cérnázásnál a nagy energiafelhasználás fő okozója a nagy sebességgel forgó fonalballonra ható légellenál-

lás, különösen durva fonalak esetében (22. ábra). A kettős sodratot adó gépeken a Schlafhorst a csévefazék átmérőjének csökkentésével, míg a Murata cég az egyedi orsóhajtással mérsékli az energiafelhasználást.

A CableCorder technológiánál a nagy sebességgel forgó fonalballonra ható légellenállás az energiafelhasz-nálás fő okozója [8]. A gyűrűscérnázásnál a kisebb bal-

lon miatt viszonylag alacsony a fajlagos energiaköltség, összességében a több ág egyidejű egyesítése ellenére is költségesebb a MultiCorder technológiánál.

Az ALLMA CC4 CableCorder gépen a ballonsebes-ség, ill. a ballonfeszültség a fazék- és a ballonátmérő

csökkentésével jelentős energiamegtakarítás érhető el. A külső fonalág feszültségét a fonalfék aktív hajtásával minimálisra csökkentik. A fonalág feszültségingadozá-sát az elektronikus vezérlésű, rövid reakcióidejű, aktív hajtású fékhatás változtatásával kiküszöbölik, minimá-lisra csökkentik, a tárolótárcsán a fonalfeltekeredés gyakorlatilag 0°-os. A ballonátmérő minimálisra csök-

kentésével (a fazékperemnél minimális méretű a rés) az energia durva fonalaknál 20–50%-kal csökkenthető (23. ábra). A CableCorder CC gépeken az egyedi orsóhajtás-nak köszönhetően szakadás elhárításakor a sodratszám állandósága is biztosítható.

A gépek korszerűségétől, az országoktól (munka-

erő- és energiaköltség) függően ugyanazon termék gyár-tási költsége is lényegesen különbözhet (24. ábra).

Terjedelmesítés

A szintetikus fonalak tömeges használatával a szá-lak hullámosítási, terjedelmesítési technológiája is so-kat fejlődött. Több tejedelmesítési eljárást is kidolgoztak (hamissodrásos, torlasztásos, légsugaras stb.). A légsu-garas terjedelmesítő gépen a nagysebességű légsugár a filamenteket kuszálja (25. ábra), sajátos fonalstruktúrát eredményez, de jelentős a sűrített levegő-felhasználása.

21. ábra

22. ábra

23. ábra

24. ábra



A terjedelmesítő gépek teljesítményét az elmúlt fél évszázadban számottevően megnövelték, míg a fajlagos energiafelhasználásukat jelentősen sikerült csökkenteni (26. ábra).

A textiltermékek az alapnyagtól az igényelt széles

termékskálig széles tartományt ölelnek fel, emiatt az optimális technológiát az adott anyagnak és terméknek megfelelően kell kiválasztani. A Méretre Szabott Energia program megvalósulásához a textilgépek kialakítását, fejlesztését az energetikai szempontokat is figyelembe véve kell „szabni”.

Összefoglalás

A textilgyártás néhány évtizede Európában jól prosperáló, minőségben és mennyiségben is világmére-tekben kiemelkedő, meghatározó iparág volt. Ez kiegé-szült a magas színvonalú textilipari kutatással, okta-tással és a gépgyártással. Az utóbbi negyed században azonban Európa magára hagyta textiliparát, rövid idő alatt áttelepült Ázsiába, elsősorban Kínába. Azonban, mint a bemutatott példák is mutatják, az magas ener-giaárak, a növekvő bérköltségek, a nagy környezet-szennyeződés és a növekvő szállítási költségek miatt Kína ma már számos területen nem versenyképes. Köz-ben a textíliák területén is felértékelődött a különleges funkciójú termékek gyártása (a műszaki textíliákhoz szükséges magas fokban égésgátolt, sztatikusan nem feltöltődő, elektromosan vezető stb., valamint a kompozitok gyártásához felhasznált ún. nagyteljesítmé-nyű szálak, a szén-, üveg-, para-aramidszálak). Ezek-nek a nagy értékű, különleges funkcióknak megfelelő termékeknek a gyártása a hagyományos textiltechnoló-giákra épül. A technológiákat ma már az új igényeknek megfelelően alakítják ki, ezeknek a termékeknek a gyár-tása sajátos textiles szakmai tudást igényel. E nagy értékű termékek gyártása az európai országokban is felértékelődik, egyre nagyobb volumenben állítják elő azokat.

* * * A jelen tanulmány a lineáris textilterméket előállító

technológiákat az energiafelhasználás ill. az energia-

csökkentési eredmények oldaláról mutatja be. A textil-technológiai termékek gazdaságos gyártásában a ten-denciájukban növekvő energiaárak egyre meghatáro-zóbbak, és az energiafelhasználás környezetvédelmi okok miatt is a figyelem középpontjába került. Kíván-csian várjuk a textilgépgyártóknak a 2015 novemberé-ben rendezendő ITMA kiállításon bemutatandó fejlesz-tési eredményeit a fenntartható fejlődés terén, valamint a Párizsban ez év végén megrendezendő klímavédelemi konferencián foganatosított környezetvédelmi intézke-déseket.

Felhasznált irodalom

[1] USA – von einer „Sunset” – zur „Sunreise”-Industrie. Die Kundenzeitschrift von Rieter Spun Yarn Systems Nr.

65/2014/ [2] Innovation by Rieter – Ideen umsetzen und Kunden

begeistern. Die Kundenzeitschrift von Rieter Spun Yarn Systems Nr. 63/2013/DE

[3] Effiziente Energienutzung in der Textilveredung. EnergieAgentur NRW 2012/3.

[4] S. Weidner-Bohnenberger: Effizientes Rotorspinnen. 15. Denkendorfer Spinnereikolloquium 2008.

[5] A. Leder: Energieeffizienzsteigerung und Abfalleinsparung in der Spinnereeivorbereitung. 15. Denkendorfer Spinnereikolloquium 2008.

[6] U. Heitmann, J. Schneider: Potenziale des Ringspinnens.

ITV Denkendorf [7] A. Felder Fa. Lindauer DORNIER GmbH .Aachen-Dresden

International Textile Conference 26. –27. 2009 [8] Allma TC2 Perfectioning technical yarns

[9] Szabó L. A sűrített levegő a textiltechnológiában. Magyar Textiltechnika 2009/1. p. 4-8.

26. ábra

25. ábra

a fonal- és cérnagyártás energiafelhasználásának...

Documents